Focused-Ion-Beam Mikroskopie
Die Focused-Ion-Beam Mikroskopie kombiniert die Methoden zur Untersuchung einer Probe mittels eines fokussierten Ionenstrahls (FIB, focused ion beam) und eines Elektronenmikroskops (SEM, scanning electron microscopy), wodurch eine Probe gleichzeitig untersucht und bearbeitet werden kann.
Inhaltsverzeichnis
- Wie funktioniert die Focused-Ion-Beam Mikroskopie?
- Focused-Ion-Beam Mikroskopie bei Quality Analysis
- Anwendungsbereiche: Focused-Ion-Beam Mikroskopie
- Untersuchungsmethoden in der Focused-Ion-Beam Mikroskopie
- Vorteile der Focused-Ion-Beam Mikroskopie
- Wo findet die Focused-Ion-Beam Mikroskopie Anwendung
- Kurz zusammengefasst: Focused-Ion-Beam Mikroskopie
Wie funktioniert die Focused-Ion-Beam Mikroskopie?
Bei der FIB-Mikroskopie wird ein Ionenstrahl mit Hilfe elektromagnetischer Linsen fokussiert und auf die Probe gelenkt. Zur Untersuchung wird der Strahl über die Oberfläche geführt und diese dadurch gerastert. Es können entweder die austretenden Sekundärelektronen detektiert werden oder die Intensität des die Probe durchdringenden Strahls. Soll der FIB hingegen genutzt werden, um Material abzutragen, so geschieht dies auf die gleiche Weise, jedoch mit wesentlich höherer Spannung (bis zu 50 kV).
Die Untersuchung im Rasterelektronenmikroskop (REM) funktioniert nach demselben Prinzip wie die FIB, jedoch kommt ein Elektronenstrahl zum Einsatz, der durch eine Feldemissionskathode erzeugt wird. Auch bei diesem Verfahren können zur Bildgebung die Sekundärelektronen detektiert werden. Häufig nutzt man jedoch auch den Kontrast der zurückgestreuten Elektronen, der Rückschlüsse auf die unterschiedlichen Materialien einer Probe zulässt.
Ein FIB-SEM-Mikroskop kombiniert beide Untersuchungsarten, sodass der Anwender zwischen Ihnen wählen kann. Es ist auch möglich, den Ionenstrahl zur Bearbeitung des Materials zu verwenden und mit dem Elektronenstrahl die Aufnahme anzufertigen.
Focused-Ion-Beam Mikroskopie bei Quality Analysis
Schon kleinste Fehler können bei Hochleistungs-Bauteilen zum vollständigen Versagen führen. Bei Quality Analysis setzen wir auf modernste Focused-Ion-Beam Mikroskopie, um Beschichtungen, Schichtsysteme, Gefüge, Lötverbindungen und mehr im Nanomaßstab zu untersuchen. Unser Ziel ist es, zuverlässig alle Fehlstellen zu identifizieren und Ihnen die Möglichkeit zu bieten, schnell und präzise Abhilfe zu schaffen.
Mit dem hochauflösenden ZEISS Crossbeam 350, einem Feldemissions-Rasterelektronenmikroskop (FE-SEM), kombinieren wir fortschrittliche Mikroskopietechnologien. Die Integration eines fokussierten Ionenstrahls (FIB) und eines Femtosekundenlasers ermöglicht nicht nur die visuelle Untersuchung, sondern auch die Erstellung von hochauflösenden 3D-Bildern und Querschnitten mit minimalen thermischen und mechanischen Einflüssen.
Anwendungsbereiche
Focused-Ion-Beam Mikroskopie
- Untersuchung von Fehlstellen
- Analyse von Einschlüssen und Verunreinigungen
- Bestimmung der Elementzusammensetzung
- Untersuchung von Ablagerungen an den Korngrenzen
- Analyse intermetallischer Phasen
- Schichtdickenbemaßung
Untersuchungsmethoden in der Focused-Ion-Beam Mikroskopie
Ein FIB-SEM-Mikroskop kombiniert eine Ionenfeinstrahlanlage (FIB-Anlage) mit einem Rasterelektronenmikroskop (SEM). Zwar ist theoretisch eine Bildgebung mit beiden Systemen, also auch mit der Ionenfeinstrahlanlage, möglich, in der Praxis wird der Ionenstrahl jedoch vornehmlich zur Präparation der Proben eingesetzt. Das primäre Untersuchungsinstrument in der Focused-Ion-Beam Mikroskopie ist das Elektronenmikroskop. Je nach Anordnung der beiden Anlagen spricht man von Dual-Beam- oder Cross-Beam-Mikroskopen.
Vorteile der Focused-Ion-Beam Mikroskopie
Die Rasterelektronenmikroskopie ist in der Lage, Bilder hoher Auflösung von kleinsten Proben zu liefern, sogar das Erstellen dreidimensionaler Abbildungen ist möglich. Um jedoch Wechselwirkungen der ausgesandten Elektronen mit den Atomen der Umgebungsluft zu vermeiden, muss die Untersuchung in einem Hochvakuum stattfinden. Dadurch ist es normalerweise nicht möglich, während der Untersuchung auf die Probe zuzugreifen. Das wird insbesondere dann zum Problem, wenn sich ein Teil der Probe erst durch die Untersuchung im SEM als besonders interessant erweist oder ein zielgenauer Materialabtrag erforderlich ist, der nur unter mikroskopischer Sichtkontrolle zuverlässig erfolgen kann.
Die Ionenfeinstrahlanlage löst dieses Problem, indem sie die Bearbeitung der Probe durch einen zweiten Strahl (mit Ionen statt Elektronen) während der Untersuchung erlaubt. Da sich eine FIB-Anlage des gleichen Prinzips wie das Rasterelektronenmikroskop bedient, ist eine Kombination beider Anlagen relativ einfach möglich. Soll der Ionenstrahl statt zur Beobachtung zur Bearbeitung genutzt werden, muss die angelegte Spannung erhöht werden. Ein weiterer Vorteil ist, dass diese Art der Präparation nicht zu thermischen oder mechanischen Veränderungen in der Probe führt.
Wo findet die Focused-Ion-Beam Mikroskopie Anwendung?
Die Focused-Ion-Beam Mikroskopie kommt vorrangig zum Aufspüren und Analysieren von Defekten in Bauteilen und Baugruppen der Elektroindustrie zum Einsatz, da sie eine Präparation der Probe (z. B. die Herstellung eines Querschnitts) während der Untersuchung erlaubt. Da es durch den FIB während der Präparation zu keinem Hitzeeintrag in der Probe kommt, wird eine unbeabsichtigte thermische Beeinflussung derselben vermieden.
Elektroindustrie:
Die Focused-Ion-Beam Mikroskopie wird in der Elektroindustrie genutzt, um die Integrität und Zuverlässigkeit elektronischer Komponenten zu gewährleisten. Sie liefert detaillierte Bilder von Mikrorissen, thermischen Schäden und Einschlüssen in elektronischen Bauteilen. Diese hochauflösenden Aufnahmen sind essenziell für die Fehleranalyse und Qualitätskontrolle, indem sie eine präzise Beurteilung der Materialbeschaffenheit und der Verarbeitungsqualität ermöglichen. Sie tragen maßgeblich dazu bei, Schwachstellen in Lötverbindungen zu identifizieren oder die Ursachen für Ausfälle bei Keramikkondensatoren zu klären.
Halbleiterfertigung:
In der Halbleiterindustrie spielt die Focused-Ion-Beam Mikroskopie eine entscheidende Rolle. Sie ermöglicht die genaue Visualisierung der komplexen inneren Strukturen von Halbleitern, die für das Verständnis und die Weiterentwicklung dieser Technologien unerlässlich sind. Durch präzise Querschnitte werden Schichtaufbauten, Fehlstellen und Mikrostrukturen sichtbar gemacht. Besonders wertvoll ist die Möglichkeit, die exakte Dicke der verschiedenen Schichten zu messen und mikroskopisch kleine Defekte zu identifizieren, die die Funktionalität beeinträchtigen könnten.
Brennstoffzellen:
Für die Analyse von Brennstoffzellen spielt die Focused-Ion-Beam Mikroskopie eine entscheidende Rolle. Durch präzise Querschnittsbilder ermöglicht sie Einblicke in die Mikrostrukturen der Elektroden und Membranen. Die hochauflösenden Aufnahmen bieten nicht nur detaillierte Einblicke in die Morphologie, sondern ermöglichen auch die Identifikation von Defekten und Unregelmäßigkeiten, die die Effizienz der Brennstoffzelle beeinträchtigen könnten. Die Focused-Ion-Beam Mikroskopie ist somit ein unverzichtbares Werkzeug für die Weiterentwicklung und Optimierung von Brennstoffzellentechnologien.
Lithium-Ionen-Batterien:
Mit präzisen Schnittbildern können verschiedene Schichten und Materialien innerhalb der Batteriezellen analysiert werden. Dies ermöglicht nicht nur die Identifikation von Strukturdefekten, sondern auch die Bewertung von Schichtdicken und die Erkennung von Anzeichen für Degradation. Die Focused-Ion-Beam Mikroskopie spielt somit eine Schlüsselrolle bei der Qualitätssicherung und Weiterentwicklung von Lithium-Ionen-Batterietechnologien.
Beschichtungen und Schichtsysteme:
Die Untersuchung von Beschichtungen, Schichtsystemen und Lackaufbauten ist für verschiedene Industriezweige von entscheidender Bedeutung. Die Focused-Ion-Beam Mikroskopie ermöglicht eine detaillierte Charakterisierung dieser Oberflächen. Durch präzise Querschnittsbilder und Analyse der Schichtmorphologie können nicht nur Schichtdicken gemessen, sondern auch Unregelmäßigkeiten wie Risse, Delaminationen oder Einschlüsse identifiziert werden. Dieses Verständnis ist essenziell für die Entwicklung von langlebigen und leistungsfähigen Oberflächenbeschichtungen. Die Focused-Ion-Beam Mikroskopie stellt somit ein unverzichtbares Werkzeug dar, um die Qualität und Funktionalität von Beschichtungen und Schichtsystemen in verschiedenen Anwendungen sicherzustellen.
Kurz zusammengefasst: Focused-Ion-Beam Mikroskopie
Als Focused-Ion-Beam Mikroskopie bezeichnet man eine Kombination aus einem Elektronenmikroskop (SEM, scanning electron microscopy) und einer Ionenfeinstrahlanlage (FIB, focused ion beam). Dabei dient das Mikroskop primär der Beobachtung der Probe, wohingegen mit dem Ionenstrahl noch während der Untersuchung Präparationen an derselben vorgenommen werden können.
